基于应力诱发马氏体逆相变的高强制造技术

本发明专利技术公开了一种基于应力诱发马氏体逆相变的高强

【技术实现步骤摘要】
基于应力诱发马氏体逆相变的高强
β
钛合金热处理方法


[0001]本专利技术属于钛合金
，尤其涉及一种基于应力诱发马氏体逆相变的高强
β
钛合金热处理方法
。

技术介绍

[0002]作为“第三合金”，钛合金一直以其优异的比强度
、
较低的密度
、
较高的硬度被广泛应用于航空航天
、
生物医学等前沿领域
。
随着市场对钛合金性能的要求越来越高，其高强度与塑性不匹配的缺点也被不断放大
。
如何通过成型方法及热处理调控使钛合金获得更好的性能一直都是钛合金研究的重点
。

技术实现思路

[0003]为解决
β
钛合金板材高强度与低塑性不匹配的问题，提高板材力学性能，得到兼具高强度硬度和优良塑性的高强
β
钛合金，本专利技术提供一种基于应力诱发马氏体逆相变的高强
β
钛合金热处理方法，高强
β
钛合金具有多尺度微结构
。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于应力诱发马氏体逆相变的高强
β
钛合金热处理方法，包括以下步骤：
[0005]铸造如下质量组成的
β
钛合金铸锭：2‑5％
Al
，6‑9％
Mo
，2‑4％
V
，1‑4％
Cr
，1‑3％
Zr
，余量为
>Ti
和不可避免的杂质元素；
[0006]对所述
β
合金铸锭进行均匀化处理和开坯锻造，然后进行降温自由多向锻造，终锻造温度在
β
转变温度以下
30
‑
70℃
，得到锻件；铸态的铸锭经均匀化处理和开坯锻造后组织成分更加均匀，消除铸造缺陷，铸态粗大晶粒得到破碎
。
开坯锻造之后进行降温自由多向锻造，进一步细化晶粒，均匀化组织，提高其致密度；
[0007]在
β
转变温度以上
20
‑
50℃
对所述锻件进行固溶处理；固溶处理可以消除锻造变形内应力；
[0008]进行固溶处理后的锻件进行室温异步轧制；相较于传统轧制，室温异步轧制可以降低轧制力，改善变形条件提高变形能力，再结合变形诱导塑性，使得单道次变形量得到增大，道次少，板材成形优良
。
轧制过程中产生应力诱导马氏体，对后续热处理构建
β
钛合金多尺度微结构提供条件，晶粒细化效果更加明显，合金塑形得到有效提升；
[0009]异步轧制后的产物进行热处理，异步轧制变形诱导马氏体使钛合金内部产生的能量驱动单相区退火处理发生恢复与再结晶，可以降低再结晶发生的温度，单相区退火后溶解到母相中
。
针状马氏体使再结晶完成得更加充分，退火后得到均匀的细小的等轴
β
晶粒；在双相区固溶处理得到微米级初生
α
相，长时间时效处理后得到非常细小的纳米级次生
α
相，弥散分布在
β
相内部
。
构建出多尺度微结构，
β
相的细晶强化和
α
相弥散强化使合金强度提高，最终得到兼备高强度与优良塑性的
β
钛合金
。
[0010]进一步地，根据
Mo
当量及
d
电子理论
B
o
、M
d
值设计原则设计
β
钛合金成分；本专利技术通过对钛合金成分进行设计，使得合金
Mo
当量在9％
‑
11
％区间内，
Bo
值在
2.77
‑
2.79
区间内，
Md
值在
2.35
‑
2.39
区间内，此时合金为近
β
钛合金且冷变形机制为应力诱发马氏体转变，改善板材在轧制变形过程中的塑性变形能力；
[0011]铸造
β
钛合金铸锭的过程如下：以海绵钛
、
纯铝
、
纯铬
、
纯锆
、
铝钼合金
(Mo
含量
75.15
％
)
和铝钒合金
(V
含量
85.22
％
)
作为原料，按各成分的重量百分比称取原料，混合后进行熔炼
、
铸锭，得到合金铸锭
。
[0012]进一步地，根据
Mo
当量及
d
电子理论
B
o
、M
d
值设计原则设计
β
钛合金成分的过程如下：
[0013]Mo
当量：
[0014][Mo]eq
＝
1.0Mo+0.67V+0.44W+0.28Nb+0.22Ta+1.6Cr+2.9Fe+1.54Mn+1.25Ni
‑
1.0Al
[0015]d
电子理论
B
o
、M
d
值设计原则：
[0016]B
o
＝
Σ
X
i
(B
o
)
i
[0017]M
d
＝
Σ
X
i
(M
d
)
i
[0018]其中
X
i
为合金元素
i
的原子分数，
(B
o
)
i
和
(M
d
)
i
分别为合金元素
i
的
B
o
和
M
d
值
。
[0019]本专利技术基于变形机制为诱导马氏体相变的高强
β
钛合金，设计
(Mo)
eq
＝9‑
11
，
B
o
＝
2.77
‑
2.79
，
M
d
＝
2.35
‑
2.39。
[0020]进一步地，所述熔炼采用真空自耗电弧炉熔炼法
(VAR
法
)
，熔炼4次后进行铸锭
。
[0021]进一步地，所述均匀化处理的温度为
1000℃
，时间为1‑
2h
；
[0022]所述降温自由多向锻造的过程中，温度每次降低
30
‑
50℃
，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于应力诱发马氏体逆相变的高强
β
钛合金热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：铸造如下质量组成的
β
钛合金铸锭：2‑5％
Al
，6‑9％
Mo
，2‑4％
V
，1‑4％
Cr
，1‑3％
Zr
，余量为
Ti
和不可避免的杂质元素；对所述
β
合金铸锭进行均匀化处理和开坯锻造，然后进行降温自由多向锻造，终锻造温度在
β
转变温度以下
30
‑
70℃
，得到锻件；在
β
转变温度以上
20
‑
50℃
对所述锻件进行固溶处理；进行固溶处理后的锻件进行异步轧制；异步轧制后的产物进行热处理
。2.
根据权利要求1所述的一种基于应力诱发马氏体逆相变的高强
β
钛合金热处理方法，其特征在于，铸造
β
钛合金铸锭的过程如下：以海绵钛
、
纯铝
、
纯铬
、
纯锆
、
铝钼合金和铝钒合金作为原料，按各成分的重量百分比称取原料，混合后进行熔炼
、
铸锭，得到合金铸锭
。3.
根据权利要求2所述的一种基于应力诱发马氏体逆相变的高强
β
钛合金热处理方法，其特征在于，所述熔炼采用真空自耗电弧炉熔炼法，熔炼4次后进行铸锭
。4.
根据权利要求1所述的一种基于应力诱发马氏体逆相变的高强
β
钛合金热处理方法，其特征在于，所述均匀化处理的温度为
1000℃
，时间为1‑
2h
；所述降温自由多向锻造的过程中，温度每次降低
30
‑
50℃
，每次变形量
50
％
。5.
根据权利要求1所述的一种基于应力诱发马氏体逆相变的高强
β
钛合金热处理方法，其特征在于，所述固溶处理的时间为
0.2
‑
0.5h。6.
根据权利要求1所述的一种基于应力诱发马氏体逆相变的高强
β
钛合金热处理方法，其特征在于，所述异步轧制的过程中：异速比为
1.1
‑
1.5
，分2‑4道次轧制，总变形量为
90
％
。7.

【专利技术属性】
技术研发人员：张长江，闫博文，郭鹏坤，张树志，冯弘，郭瑞鹏，韩建超，王涛，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：